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2. 암석 전마용 장비 (Equipment for rock tumbling)
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보석세공 장비업체들이 전마기를 만들기 이전까지, 보석세공 애호가들은 자신들을 위한 장비를 스스로 실험하고 만들어야만 했다. 이제는 전마기만 전문적으로 하는 업체들도 있어서 애호가뿐만 아니라 전문가도 마찬가지로 즐겁게 해 주고 있다.
전마기에는 2 가지의 주요 형태가 있다 - 수평 혹은 회전 전마기와 가장 최근에는 진동식 전마기. 회전 전마기가 - 아마도 비싸지 않기 때문 - 가장 일반적이다. 전마기에 구입하기 전에, 어떻게 사용할 것인지를 결정한다. 패시팅을 하거나 또는 캐버션(cabochon)을 만들기를 원하면서, 완벽한 돌을 선별할 수 있기 때문에 암석의 바깥 가장자리만 제거하기를 원한다면, 소형 전마기가 이상적일 것이다. 만약에 장신구, 보석나무 또는 모우제이크(mosaics)를 만들기 원하다면, 많은 양의 돌들을 전마할 수 있기 때문에 중형의 전마기가 더 효율적이다.
파인트(pint) (550.61 ml)와 쿼트(quart) (1101.22 ml) 크기의 소형 전마기들은 2¼ 쿼트 (2477.74 ml)이상의 크기의 것과 같이 견고하게 만들어지지 않으며 크고 견고한 전마기만큼 오랜 동안 효율적으로 사용할 수 없다.
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회전 전마기 (회전 텀블러) (Rotary tumblers)
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회전 전마기는 배럴 또는 실린더와 같은 형상을 지니고 원형(round), 6 면 또는 12 면체이며 고정하는 밀봉입구를 지니고 있다. 배럴은 한 쌍의 평행축 위에서 한 방향으로 계속적으로 회전한다. 전마기는 물과 연마재가 새거나 작업장으로 쏟아 나오지 않도록 수밀(water-tight)이어야 한다. 전마공정에 사용되는 연마재는 포장하지 않은 grit (loose grit) 또는 포장하지 않은 연마재 (loose abrasive)라 한다. 배럴이 회전할 때, 연마재 또는 grit는 물 속에 떠 있다. 물과 연마재가 적당히 잘 섞여서 최상의 연마조건을 만들 때를 침전액(slurry)라 한다. 어떤 권위있는 사람들은 침전액이 이루어지기 전까지는 돌들이 연마되지 않는다고 한다.
경험이 있거나 전문적인 전마작업자들의 대부분은 두꺼운 고무나 플래스틱 라이너(liner)가 있는 육각형 배럴을 권장한다. 두꺼운 고무는 밀봉하기 쉽고 배럴 내에서의 가스발생이 많지 않다. 전마는 전마기가 한번 시작하면 연속적으로 이루어지는 공정이다. 전마에 걸리는 시간은 각 공정마다 1 주에서 몇 주씩 걸리는 연속적인 운전시간에 기초한다. 전마기들은 몇 일 또는 몇 주 동안 하루 24시간 운전하도록 설계된다.
소형 전마기
비싸지 않는 어떤 소형 전마기들은 고무 라이너와 병 형상(jar-type)의 입구가 있는 플래스틱 배럴을 갖고 있다. 이 전마기들은 수명이 짧은 경향이 있다. 연마재들이 입구의 틈새와 밀봉재의 밑으로 들어가 모든 보석세공 작업에 필수적인 세척을 불가능하게 한다. 두꺼운 고무로 완전히 덮은 배럴이 내구성과 효율성 면에서 가장 좋다. 축들은 일반적으로 과열되지 않은 연속운전모터에 의해서 작동된다. 어떤 소형기들은 신뢰성과 효율을 높이기 위해서 팬 냉각 모터를 갖고 있다.
운전 축과 모터를 연결하는 표준 V 벨트 대신 고무로 된 O-ring 지닌 소형 전마기들이 많다. O-ring은 점차 늘어나 운전 축이 미끄러지게 하다가 결국에는 끊어져 버린다. 풀리가 있는 표준 V 벨트가 더 신뢰적이다. 어떤 소형 전마기들은 플래스틱 배럴들과 플래스틱 베어링들에 설치된 운전 축들을 갖고 있다. 플래스틱 밀봉 베어링들은 윤활하지 않아도 되지만, 어떤 경험있는 애호가들은 계속적인 여러 번의 작업 후에 경량 기계유 몇 방울로 베어링을 윤활하여 보다 잘 돌아가게 한다.
종종, 마찰력을 키우기 위해서 배럴 축들을 플래스틱이나 고무로 씌운다. 사용하면, 축이 반짝이거나 또는 미끄러운 부분들이 생겨서 미끄러지기 시작한다. 이 부분들은 일반적으로 연마재 또는 침전물의 유출 또는 축으로 넘쳐서 생기는 것이다. 미끄러짐이 일어나면, 플래스틱을 가볍게 사포질 한다.
중형 전마기
중형 전마기는 평균적인 애호가들에게 가장 적당한 크기이다. 중간 전마기들은 6 에서 12 파운드(2.72 에서 5.4431 kg)의 용량을 갖고 있다. 배럴을 3 개를 지닌 전마기는 배럴당 암석 용량이 25 파운드(11.3398 kg)인 75 파운드(34.0194 kg)의 용량을 갖고 있다.
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전마용 배럴 (The tumbling barrel)
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전마용 배럴의 내부는 원형, 육각형(여섯 개의 면), 또는 십각형(열 개의 면)이다. 중형 전마기들을 갖고 있는 애호가들의 대부분이 육각형상의 배럴을 선호하고 있지만, 소형 전마기들의 대부분은 원형 내부를 지니고 있다. 배럴 내부의 형상은 전마속도를 결정한다. 원형 배럴은 전마되는 내용물들의 미끄러지기 또는 미끄럼을 극복하기 위하여 고속의 rpm (revolutions per minute)이 요구된다. 만약에 rpm이 너무 낮으면, 암석들이 배럴 옆쪽으로 미끄러져서 결국에는 전마되지 않는다. 만약에 rpm이 너무 높으면, 옆으로 부딪치기 전에, 배럴 안에서 폭포처럼 너무 높게 떨어질 것이다. 이러한 현상이 일어나면, 돌들은 흠집이 생기거나 서로 균열이 생기게 한다.
육각형 배럴은 광택단계에서는 더욱 낮은 속도가 요구된다. 광택단계에서의 권장속도는 25 rpm이며, 전마기들은 그 속도에 맞추어져 있다. 연마단계에서도 같은 속도로 운전되기 때문에 광택단계보다 더 많은 시간이 걸린다. 내부에 고무로 덮혀져 있지 않은 대형 전마기 배럴들 중에는 가스가 많이 발생하는 것도 있다. 경험 많은 애호가들은 모두 가스발생의 원인에 대해서 나름대로의 견해를 가지고 있다. 어떤 사람들은 암석에 붙어 있는 살아 있는 유기물들의 발효와 grit 내의 실리컨 카바이드(silicon carbide)가 물과 혼합되었을 때의 화학적 분해에 기인한다고 한다. 다른 애호가들은 작업실의 온도와 직접적으로 관계가 있다고 생각한다. 가스는 전마과정을 시작하기 전에 암석을 철저하게 세척하고 전마기를 차가운 작업실에서 운전하며 매일 점검시에 전마기를 열어 보므로써 조절할 수 있다. 점검없이 전마기를 이틀 또는 3 일 이상 운전하여서는 결코 안된다.매일 점검하는 것이 전마기를 폭발시킬 수 있는 가스의 발생을 완화시키는 최선의 방법이다.
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전마기의 선택 (Selecting a tumbler)
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전마기를 구입하기 전에, 어떻게 사용할 것인지를 생각하라. 다른 보석세공의 형태보다는 전마에 집중할 것이라면, 중형 복수(複數)배럴 기기를 선택한다. 전마기를 보조수단으로 사용한다면, 여분의 배럴이 있는 소형전마기가 당신이 필요한 모든 것일 것이다.
어떤 제조업자들은 소형 전마기 (어떤 것들은 이중 배럴 기기를 갖고 있다), 사용안내 책자와 한 번의 원석작업을 할 수 있는 연마재가 있는 초보자용 전마기 세트를 만든다. 어떤 세트는 심지어 원석들도 포함하고 있다. 원석전마를 계속하고자 한다면, 중형 전마기를 구입하여 소형기기를 유지한다. 언제나 소량의 특별한 원석들을 전마하는 데에 사용할 수 있거나 패시팅 또는 캐버션을 만들기 위한 돌들을 준비하는 데에 사용할 수 있다.
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자신만의 전마기를 만듦 (Building your own tumbler)
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스스로 만들 수 있다면, 관련업체들이 전마장비를 보여주는 보석과 광물전시회들을 참석하도록 한다. 업자들에게 말하여 어떻게 만들고 작동하는 지를 질의한다. 아마도 소형전마기를 구입하고자 할 것인데 자신의 기기를 만들기 전에 원하는 전마기를 계속해서 보도록 한다 (암석 전마기 제작에 관한 책자들이나 표제의 안내문들을 본다)
경고의 말 : 자신의 전마기를 만들고자 결정했다면, 전마기 배럴용으로 유리로 된 용기를 사용하지 말라. 빠르지 않다면, 유리는 언제나 암석만큼이나 빠르게 연마될 것이다. 유리는 대략 모스경도 5½에서 6 이며 1에서 10까지 이다. 전마할 대부분의 돌들은 아마도 경도 6 이상일 것이다. 유리배럴은 빠르게 얇아져 산산이 부서질 것이다. 근처에 서 있는 사람들이 다칠 수 있으며 작업장이 온통 돌들과 침전물로 덮여 진다.
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진동 전마기 (진동 텀블러) (Vibration tumblers)
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진동 전마기들은 비교적 새로운 형태의 보석세공 장비이다. 이 혁신적인 전마기들은 진동판 위에 올려져 있는 하나의 드럼 또는 복수(複數) 드럼(drum)들로 이루어 진다. 배럴은 판 위의 4 개의 굵은 용수철 위에 놓여져 있다; 아래에는 양 끝단에 소형 풀리(pulley)를 갖고 있는 이중의 끝단 축이 있다. 각 풀리에 있는 운전벨트는 진동작동을 일으키는 편심구조를 지닌 다른 축과 연결된다.
제조업자들은 매 8에서 10시간마다 진동전마기를 열고 점검하기를 권장한다. 회전 기기보다 침전이 빠르게 두꺼워지기 때문에 더 자주 옅게 해주어야 한다. 그러나, 회전 전마기와는 달리, 진동 전마기를 멈출 필요는 없다. 배럴이 세워져 있고 입구가 상부에 있기 때문에 작동하는 동안에 물을 넣을 수 있다. 물은 아주 천천히 넣고 돌들이 주위를 자유로이 움직일 수 있도록 충분히 넣는다.
진동 전마기의 세척도(度)는 회전 전마기보다 더욱 중요하며 종종 유지하기가 어려운 경우가 있다. 배럴들은 세척하기가 더욱 더 어렵다. 진동 전마기를 사용하는 애호가들은 어패치 티어즈(apache tears, 미국산 흑요석)과 같은 어떤 돌들은 전마할 때에는 각 연마단계마다 별도의 배럴을 권장한다. 불행하게도, 기기 자체가 그러하듯이, 배럴들도 비싸다.
진동 전마기는 반지에 고정되어 있는 돌을 광택내는 것과 같은 회전 전마기가 할 수 없는 일을 할 수 있다.
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연마재 (Abrasives)
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보석세공 공급상점과 암석상점에서 구입할 수 있는 전마용 실리컨 카바이드 연마재들은 수치로 등급이 나누어진다. 수치가 높으면, girt가 더 미세하다. 보석세공 작업에 처음으로 사용된 연마재들은 무기질의 석영(부싯돌(flint)), 석류석(garnet), 강옥(corundum), 금강사(aluminum oxide)과 산화 철의 혼합물)과 금강석(diamond)이었다. 석류석(garnet), 강옥(corundum)과 금강석(diamond)은 오늘날까지도 계속 사용되고 있다. 세기가 바뀌면서, 인공연마재들-주로 실리컨 카바이드(탄화규소)-이 효율적이고 경제적이어서 대중화되었다.
실리컨 카바이드를 만들 때, 처음에는 1인치 (25.4 mm)의 덩어리로 깬 다음 굴리면서 파쇄시켜 낟알로 만든다. 일정한 크기의 그물코(mesh)를 지닌 망에 통과시켜 그물코 크기 (mesh size)에 따라 등급을 나눈다. 예를 들면, 100 grit는 1 인치의 길이당 147 입자를 지닌 그물코 망에 통과시킨 연마재를 의미한다. 240 이상의 미세한 낟알들은 침전 또는 원심분리공정에 의해서 등급을 나눈다.
전마에 사용되는 가장 일반적인 girt크기들은 스트레이트 등급인 (straight-graded) 80, 100, 220, 320, 400과 600 grits이다. 600 grit는 종종 예비광택 연마재로 간주한다. 어떤 애호가들은 거친연마와 중간연마에는 F-등급 (F-grade) 연마재를 사용하다가 미세연마에는 표준등급 600 grit로 변환한다.
Grit크기를 의미하는 F 등급계 (F grading system) - 1F, 2F, 3F와 4F - 는 등급이 완전하게 이루어져 있지 않다. 예를 들면, 1F는 280 grit이다. 이것은 다수의 더 미세한 grit를 포함하고 있지만 280보다 거친 것은 없다; 2F는 320 또는 더 미세한 것; 3F는 400 또는 더 미세한 것; 4F는 500 또는 더 미세한 것이다. 등급 분류되지 않은 연마재는 일반적으로 비싸지 않다. 광택단계로 가기 바로 전에서는 F등급의 사용은 바람직하지 않다.
애호가들은 실리컨 카바이드 연마 휠 (grinding-wheel)의 핵을 다시 깨뜨려서 만든 재생 연마재에 다른 공정에 사용했던 연마재를 더하여 사용하여 왔다. 이들은 비싸지는 않지만, 다른 불순물뿐만 아니라 상당한 양의 충전재와 휠에서 나온 접착제를 포함하고 있기 때문에 순수한 실리컨 카바이드 연마재만큼 작업이 잘 되지 않는다.
예비 포장된 연마재와 파운드(0.4535 kg)로 파는 포장되지 않는 연마재는 10 파운드 (4.5359 kg)이상의 양을 사지 않는 한 가격차이가 거의 없다. 예비 포장된 세트는 3 또는 4 단계 세트로 구입할 수 있다. 3 단계 세트는 100 grit와 600 grit와 함께 광택용이 있다. 4 단계 세트는 중간연마 (220 또는 400)와 함께 100과 600 grits 그리고 광택용이 있다. 만약에 3 단계 세트를 사용한다면, 중간연마를 빼먹은 것을 보상하기 위해서 미세연마 단계는 통상적인 것보다 더 오래 걸린다.
많은 양의 포장되지 않는 연마재를 구입하는 것이 비싸지 않지만, 보관하기 위한 공간이 필요할 것이다. 연마재를 보관하는 곳은 완벽하게 건조되어 있어야 한다. 포장되지 않은 연마재는 품질이 나빠지지는 않지만, 습기를 흡수하여 측정하기 곤란하게 한다. 시멘트 바닥으로 된 작업장이라면, 연마재를 목재 받침이나 침목 위에 올려 놓아 공기의 순환이 잘 이루어지도록 한다. 선반 위에 연마재를 보관할 때는 항상 가장 미세 연마재는 상부에, 거친 연마재는 하부에 놓도록 한다. 만약에 미세 연마재를 거친 연마재에 엎지르면 실제의 손상이 없지만, 거친 연마재를 미세 연마재에 엎지르면, 연마하는 동안에, 돌들을 긁기 때문에 미세 연마재를 바꾸어야만 한다.
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충전재 (Fillers)
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충전재들은 전마시에 전마기와 암석들 사이로 연마재를 운반하거나 또는 광택을 내는 것을 돕기 위하여 여러 단계에서 사용될 수 있다. 이들은 또한 침전물을 두껍게 하여 원석들이 서로 전마될 때에 흠집이 나지 않도록 하는 데에 사용할 수도 있다. 돌들이 크고 같은 크기일 때, 플래스틱 전마용 펠릿을 사용하므로써 암석들 사이로 연마재를 운반하여 적절하게 연마될 수 있도록 한다. 충전재는 광택단계에서도 필요하다. 플래스틱 펠릿들은 원형, 타원형 또는 쐐기형이 있다. 호두나무 껍질 또는 나무조각들도 역시 충전재로 사용할 수 있다. 광택단계에서는 벽지 조각이나 각설탕과 같은 충전재들도 침전물을 두껍게 해 주어 전마작용을 완충시켜 주므로써 흠집의 발생을 줄여 준다. 돌들을 세척할 때에 떠오르는 플래스틱 펠릿들과 호두나무 껍질들은 세척하여 다시 사용할 수 있다. 떠오르지 않는 충전재들은 재생하기 어렵고 종종 연마재 또는 광택재와 함께 폐기되어야 한다.
어떤 돌들은 전마하는 동안에 다른 돌들 보다 더 많은 가스를 발생하는데, 아마도 다른 광물들과 암석들의 화학성분에 기인하는 것 같다. 베이킹 파우더를 넣으면 가스의 발생을 조절하는 데에 많은 도움이 될 것이다. 초기의 애호가들은 쌀겨와 목재 그리고 가죽 조각들과 같은 것들을 충전재로 사용하였는데, 이들은 그들 내에 있는 미생물로 인해서 작업장에 좋지 않은 냄새를 내었다. 비누분말은 습윤제로서 그리고 침전물을 두껍게 하기 위해서 전마기내에 사용할 수 있다.
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광택재 (Polishes)
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두 개의 가장 보편적인 광택재로서는 산화주석(tin oxide)와 산화 시리엄(cerium oxide)가 있다. 보석가공에 사용되는 다른 광택재들 중에서 어떤 것들은 특별한 용도를 지니고 있다. 얼루머너 분말(levigated alumina)은 최종광택 이전의 예비광택재로서 종종 사용된다. 트리펄리(tripoli)(규질 석회암이 분해하여 생긴 것)는 강옥(corundum(ruby and sapphire))용의 좋은 연마재이다. 산화 크로움(chrome oxide)은 옥(jade)와 공작석(malachite)의 연마단계에서 사용할 수 있다. 보석가공작업에 사용되는 2 개의 다른 광택재로는 특별한 돌들에 사용하는 jeweler's rouge와 패시팅용으로 사용하는 Linde A가 있다.
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2. 암석 전마용 장비 (Equipment for rock tumbling)
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회전 전마기(텀블러)